《半导体物理》课程教学大纲

《半导体物理》课程教学大纲课程代码：课程中文名称:半导体物理课程英文名称：Semiconductorphysics课程性质：专业基础必修课课程学分数：2课程学时数：32授课对象：新能源材料与器件专业本课程的前导课程：固体物理课程简介《半导体物理》是研究半导体材料的结构、电学、光学特性的学科。本课程以固体物理学、量子力学和热力学统计物理为前导课程，偏重半导体材料的结构特征、各种基本物性的基本理论，是半导体材料和半导体器件开发应用的基础理论，是光伏材料相关专业的重要专业基础必修课程。二、教学基本内容和要求第一章

半导体中的电子状态课程教学内容：1.半导体的晶格结构和结合性质；2.半导体中的电子状态和能带；3.半导体中的电子运动、有效质量；4.本征半导体的导电机构、空穴；5.硅、锗的能带结构。课程的重点、难点：半导体的能带理论。课程教学要求：掌握能带理论以及从能带理论的角度分析导体、半导体和绝缘体的导电机制；了解半导体中电子的状态及其运动规律；理解电子有效质量的引进意义及其测量（回旋共振实验）；理解空穴的概念及其基本特征量第二章

半导体中的杂质和缺陷能级课程教学内容：1.硅、锗晶体中的杂质能级；2.III－V族化合物中的杂质能级；3.缺陷、位错能级。课程的重点、难点：半导体中的杂质和缺陷能级对半导体特性的影响。课程教学要求：了解实际半导体中的杂质和缺陷的种类、性质及其作用；理解杂质的补偿作用以及浅能级杂质的理论模型——类氢模型。

第三章半导体中载流子的统计分布课程教学内容：1.状态密度；2.费米能级和载流子的统计分布；3.本征半导体的载流子浓度；4.杂质半导体的载流子浓度；5.一般情况下的载流子浓度分布；课程的重点、难点：费米能级和载流子的统计分布课程教学要求：掌握允许的量子状态按能量如何分布以及电子在允许的量子态中的分布问题；掌握并且会计算载流子的浓度问题；了解简并化条件、低温冻析效应及禁带变窄效应等。第四章

半导体的导电性课程教学内容：1.载流子的漂移运动迁移率；2.载流子的散射；3.迁移率与杂质浓度和温度的关系；4.电阻率及其与杂质浓度和温度的关系；5.玻尔兹曼方程

电导率的统计理论；6.强电场下的效应

热载流子；课程的重点、难点：迁移率、漂移速度、电导率的物理含义以及影响它们的主要因素。课程教学要求：掌握和漂移运动相关的基本概念（如电阻率、电导率、迁移率、电流密度和欧姆定律等）；掌握半导体中载流子的主要散射机制；了解迁移率、电阻率随温度和杂质浓度的变化关系。第五章

非平衡载流子课程教学内容：1.非平衡载流子的注入和复合；2.非平衡载流子的寿命；3.准费米能级；4.复合理论；5.陷阱效应；6.载流子的扩散运动；7.载流子的漂移运动

爱因斯坦关系；8.连续性方程。课程的重点、难点：非平衡载流子的产生、复合、运动规律。课程教学要求：掌握非平衡载流子的概念、产生及其随时间的演化规律（寿命问题）；了解非平衡态时电子和空穴分别满足的准Femi能级以及对平衡态时Femi能级的偏离；了解几种复合理论；理解间接复合理论；理解载流子的扩散运动、漂移运动以、爱因斯坦关系式及其连续性方程，并且理解稳态下的表面复合理论。

第六章

P-N结课程教学内容：1.PN结及其能带图；2.PN结电流电压特性；3.PN结电容；4.PN结击穿。课程的重点、难点：P-N结及其能带图课程教学要求：理解P-N结及其能带图；了解P-N结的电流-电压特性以及电容-电压特性；了解P-N结的三种击穿机理。第七章金属和半导体的接触课程教学内容：1.金属半导体接触及其能级图；2.金属半导体接触的整流理论；3.少数载流子的注入和欧姆接触。课程的重点、难点：金属半导体接触所形成的能带图，金属半导体接触整流特性。课程教学要求：理解金属-半导体接触及其能带图；理解金属-半导体接触的整流理论（扩散理论和热电子发射理论）；了解欧姆接触的概念及其实际实现。

第八章

半导体表面与MIS结构

课程教学内容：1.表面态；2.表面电场效应；3.MIS结构的电容－电压特性；4.硅－二氧化硅系统的性质；5.表面电导及迁移率；6.表面电场对P-N结特性的影响。课程的重点、难点：表面电场对P-N结特性的影响。课程教学要求：了解理想MIS结构的表面电场效应、电容电压特性，了解Si-SiO2系统的性质，理解表面电场对P-N结特性的影响。

第九章

半导体异质结构

课程教学内容：1.表面态；2.表面电场效应；3.MIS结构的电容－电压特性；4.硅－二氧化硅系统的性质；5.表面电导及迁移率；6.表面电场对PN结特性的影响。课程的重点、难点：表面电场对PN结特性的影响。课程教学要求：了解理想MIS结构的表面电场效应、电容电压特性，了解Si-SiO2系统的性质，理解表面电场对P-N结特性的影响。第十章

半导体的光学性质和光电与发光现象

课程教学内容：1.半导体的光学常数；2.半导体的光吸收；3.半导体的光电导；4．半导体的光生伏特效应；5.半导体发光；6.半导体激光。课程的重点、难点：半导体的光吸收，半导体的光电导，半导体的光生伏特效应。课程教学要求：掌握半导体的光学常数，半导体的光吸收，半导体的光电导，半导体的光生伏特效应；了解半导体发光，半导体激光。三、实验教学内容及基本要求本课程无实验教学内容。四、教学方法与手段以多媒体展示、板书、课堂讲授相结合的方式进行授课。五、各教学环节学时分配章节（或内容）讲课习题课实验其它合计第一章半导体中的电子状态31006第二章半导体中的杂质和缺陷能级20002第三章半导体中载流子的统计分布41005第四章半导体的导电性41005第五章非平衡载流子31004第六章P-N结40002第七章金属和半导体的接触20002第八章半导体表面与MIS结构20002第九章半导体异质结构20002第十章半导体的光学性质和光电与发光现象20004合计2840032六、考核方式与成绩评定标准1、考核方法：闭卷考试。2、成绩评定：成绩评定综合考试成绩及平时作业和实验成绩，各项成绩的评分比例为：课程成绩=考试成绩×80%+平时作业成绩10%+实验成绩×10%（百分制）。七、教学参考资源1、参考书目：教材：刘恩科、朱秉升、罗晋生编著，《半导体物理学》，电子工业出版社，2008年第7版。参考书：[1]黄昆、韩汝琦编著，《固体物理学》，高等教育出版社，1988年。[2]叶良修